حافظه SSD چیست؟ | آشنایی با انواع اس‌اس‌دی و خصوصیات آن‌ها

حافظه اس‌اس‌دی یک دستگاه ذخیره سازی دائمی‌است به مانند‌ هارد دیسک، که وجه تمایز آن با ‌هارد دیسک در این است که فاقد اجزای مکانیکی است و هیچ بخش حرکت کننده ای ندارد. به همین خاطر آن را درایو غیر متحرک یا Solid State Drive نامیده اند.

فقدان اجزای مکانیکی باعث شده است تا اس‌اس‌دی در برابر ضربه و شوک مقاوم شود و دوام بیشتری نسبت به‌ هارد دیسک داشته باشد.

برتری حافظه اس‌اس‌دی نسبت به‌ هارد دیسک فقط به ساختار غیر مکانیکی و چیپ محور آن خلاصه نمی‌شود، بلکه سرعت اس‌اس‌دی، مهمترین عامل جذابیت این نوع از حافظه‌هاست.

سرعت نه تنها باعث صرفه جویی در زمان می‌شود، بلکه تسهیل کننده کار با کامپیوتر و باعث افزایش بهره وری سیستم می‌شود.

در این مقاله تلاش می‌کنیم، ضمن آشنایی شما با اجزای اس‌اس‌دی و عوامل مهم در انتخاب آنها، شما را با انواع حافظه‌های اس‌اس‌دی آشنا کنیم.

اجزای فنی حافظه SSD

حافظه اس‌اس‌دی ساختار ساده ای دارد. این نوع از ذخیره سازها معمولا یک یا چند چیپ حافظه Nand Flash دارند که بسته به ظرفیت اس‌اس‌دی، دیتا در آنها ذخیره می‌شود.

حافظه اس‌اس‌دی همچنین یک کنترلر دارد که وظیفه خواندن اطلاعات از، و یا نوشتن اطلاعات بر روی چیپ‌های حافظه بر عهده آن است.

گاهی هم یک عدد حافظه DRAM، در کنار چیپ حافظه و کنترلر قرار می‌گیرد تا در نقش کش، سرعت انتقال اطلاعات را بالا ببرد.

خرید حافظه SSD اینترنال

رسیدن به این ساختار ساده که بتواند به طور موثر جایگزین‌ هارد دیسک‌های پر سرو صدا، جاگیر، زمخت و کند شود، بیش از 50 سال آرزوی دست نیافتنی بشر بود. اما هم اکنون این آرزو نه تنها به واقعیت تبدیل شده، بلکه با قیمت مناسب در دسترس همگان قرار دارد و به راحتی قابل خریداری است.

حافظه NAND FLASH

حافظه‌های NAND FLASH انواع مختلفی دارند که ساده ترین شکل آن، در حافظه‌های USB فلش مموری و SD کارتها یافت می‌شود.

حافظه SLC

اولین نوع از حافظه‌های NAND Flash چیپ‌های SLC بودند که تولید آنها بسیار گران قیمت است. این نوع از حافظه‌های ناند تک بیتی و تک سلولی به شکل دو بعدی یا Planar (از انباشت سلول‌های حافظه به صورت افقی بر روی هم) تولید می‌شوند و به دلیل قیمت بالا در کلاس کاربری هیچ وقت به مصرف تجاری نرسیدند.

حافظه MLC

دومین نوع از حافظه‌ها ناند، حافظه‌های MLC هستند که امکان ذخیره سازی 2 بیت دیتا در سلول حافظه را دارند و عموما در اولین نسل از SSD‌های کلاس کاربری استفاده شدند.

این حافظه‌ها در ابتدا به شکل 2 بعدی به صورت Planar تولید می‌شدند، اما شرکت سامسونگ در سال 2013 توانست با انباشت افقی و عمودی سلولهای حافظه به صورت همزمان، نوع جدیدی از حافظه‌های MLC سه بعدی را به نام 3D V Nand اختراع کند.

حافظه‌های 3D V Nand هم سرعت بیشتر و هم دوام بالاتری نسبت به حافظه‌های تولید شده با فن آوری 2D Planar دارند.

این اختراع به سرعت توسط دیگر سازندگان چیپ حافظه NAND مورد استفاده قرار گرفت و هم اکنون کلیه حافظ‌های NAND در تمام کارخانه جات به صورت 3D V NAND تولید می‌شوند.

اما MLC همچنان گران قیمت بود و استفاده از آن در کلاس کاربری توجیح اقتصادی زیادی نداشت. به همین سبب شرکت‌های تولید کننده بر روی نوع دیگری از حافظه به نام TLC کار کردند.

حافظه TLC

حافظه TLC امکان ذخیره سازی 3 بیت دیتا در هر سلول حافظه را داراست، و مهمترین برتری آن نسبت به MLC در این است که دارای هزینه تولید بسیار کمتری است. از این رو استفاده از آن در حافظه‌های کلاس کاربری منطق اقتصادی بیشتر، و قیمت تمام شده کمتر، هم برای تولید کننده و هم برای مصرف کننده دارد.

در ابتدای راه، پاشنه آشیل TLC عمر کمتر نسبت به MLC و همچنین سرعت پایین تر آن بود. هر دوی این مشکلات ظرف 5 سال برطرف شدند.

با ترکیب فن آوری ساخت سه بعدی 3D V NAND به همراه افزایش لایه‌ها و کاهش نود ریخته گری، شرکت‌های تولید کننده حافظه NAND توانستند طول عمر TLC را به اندازه MLC افزایش دهند.

همچنین با پیشرفت فن آوری، سرعت و پرفورمنس چیپ TLC بقدری افزایش یافت که حتی از حافظه‌های MLC نیز پرسرعت تر شد.

به همین سبب از سال 2019 به بعد، استفاده از TLC در کلیه SSD‌های کلاس کاربری متداول شد و هم اکنون MLC منحصرا در اس‌اس‌دی‌های کلاس Enterprise بخش صنعتی استفاده می‌شود.

در حال حاضر حافظه‌های 3D V NAND TLC متداول ترین نوع چیپ حافظه مورد استفاده در تمام درایو‌های SSD در کلیه برندها است.

حافظه QLC

حافظه‌های QLC جدیدتر از TLC هستند، قیمت تمام شده ساخت آنها بسیار ارزانتر از TLC است و طول عمر نوشتار محدودتری دارند. استفاده از این نوع حافظه‌ها فقط در برخی از سناریوی‌های کاربری منطق استفاده پیدا می‌کنند.

برای مثال مورد استفاده درایوهای اس‌اس‌دی‌های مجهز به چیپ QLC بیشتر در سیستمهایی است که نیاز به سرعت بالای خوانش دارند و نوشتار بسیار کمی‌را تجربه می‌کنند.

مهمترین مصارف اس‌اس‌دی‌های QLC مرتبط با ماشین لرنینگ، دیپ لرنینگ، هوش مصنوعی و خلاصه تمام کاربری‌هایی که صرفا یک بار نوشتار انجام می‌شود و مابقی عملیات سیستم صرف خواندن اطلاعات از روی اس‌اس‌دی است.

چیپ‌های QLC به دلیل ارزان قیمت بودن و قابلیت نگهداری 4 بیت دیتا در هر سلول، ظرفیت‌های بسیار بیشتری را نسبت به TLC پشتیبانی می‌کنند و در مصارف آرشیوی که نیازی به نوشتار زیاد ندارند، به صرفه تر هستند.

کنترلر SSD

یکی دیگر از اجزای مهم و در اغلب اوقات پنهان در حافظه SSD، نوع کنترلر به کار رفته در آن است. کنترلر که در حقیقت نقش پردازنده داخلی دستگاه را بر عهده دارد.

سرعت پردازش اطلاعات، خطا یابی، پیشگیری از بروز خطا، حفظ سلامت حافظه‌های NAND، پاکسازی، نوسازی، ساختار بندی منطقی، کدگذاری، فشرده سازی، انتقال دیتا و اجرای دستورالعملهای سیستم عامل، همه از جمله وظایف کنترلر اس‌اس‌دی است.

یک کنترلر اس‌اس‌دی دارای چند کانال است، که هر کدام از کانالها دارای سرعت فرکانسی مشخصی هستند. هرچه تعداد کانالها و فرکانس آنها بیشتر باشد، سرعت خواندن و نوشتن اس‌اس‌دی بیشتر است.

شرکت‌های خاصی در دنیا کنترلر SSD تولید می‌کنند، شرکتهایی مانند سامسونگ، اینتل، مایکرون، مارول، فایزن، توشیبا، ریلتک، سیلیکن موشن، اینوگریت، و ….

فیرمور SSD

فیرمور اس‌اس‌دی نرم افزاری است مانند بایوس مادربرد. به لطف وجود فیرمور در SSD شما از حضور SSD در دستگاه خود مطلع می‌شوید.

فیرمور اطلاعات حیاتی وضعیت دستگاه (گزارش SMART) را گزارش می‌کند و وضعیت کلی حافظه، و برقراری ارتباط نرم افزاری با کنترلر خارجی سیستم میزبان را برعهده دارد.

فیرمور تنها راه ارتباطی اس‌اس‌دی با سازنده خود است. شرکت‌های سازنده اس‌اس‌دی با به روز رسانی فیرمور ایرادات احتمالی حافظه را رفع می‌کنند، امکانات آن را ارتقا می‌دهند و همچنین در تسریع عملیات و بهینه سازی توانمندی‌های حافظه‌های اس‌اس‌دی کمک می‌کنند.

یکی از ویژگی‌های اس‌اس‌دی‌های مرغوب آن است که شرکت سازنده، هر از گاهی فیرمور جدید برای حافظه خود منتشر می‌کند. و اگر شرکتی به حافظه‌های اس‌اس‌دی خود، به روزرسانی فیرمور ارائه نکند، رسما بساز بنداز است.

حافظه کش DRAM

استفاده از DRAM در اس‌اس‌دی باعث افزایش سرعت عملیاتی آن می‌شود. دقیقا به مانند کش L3 پردازنده که هرچه ظرفیت آن بیشتر باشد، عملکرد پردازنده بهتر است، وجود کش DRAM و ظرفیت آن در اس‌اس‌دی فوق العاده مهم است.

اما استفاده از DRAM در اس‌اس‌دی هزینه دارد و باعث افزایش قیمت تمام شده حافظه SSD می‌شود. از این رو، کنترلر حافظه اس‌اس‌دی بر دو نوع ساخته می‌شود.

کنترلرهایی که برای عملیات نیازمند یک DRAM در نقش Cache برای فعالیت هستند. کنترلرهایی که برای کار، به جای DRAM، از بخشی از RAM شییر شده سیستم میزبان به عنوان Cache استفاده می‌کنند.

در حال حاضر عموما اس‌اس‌دی‌هایی که در ساختار پیشفرض خود مجهز به DRAM هستند در کلاس رده بالا High End دسته بندی می‌شوند. حافظه اس‌اس‌دی فاقد کش DRAM که به اصطلاح به آنها DRAMLESS گفته می‌شود نیز در بخش اقتصادی Entry Level طبقه بندی می‌شوند.

حافظه‌های اس‌اس‌دی فاقد کش DRAM، بسیار ارزان قیمت هستند و در صورتی که حجم فایل‌های انتقالی به آنها از یک مقدار بیشتر شود، بسیار کند می‌شوند. اقبال به این نوع حافظه‌ها صرفا به خاطر قیمت آنهاست.

به دلیل آنکه در اس‌اس‌دی‌های مجهز به کنترلر DRAMLESS، بخشی از رم سیستم میزبان، که آن را به اصطلاح HMB می‌نامند، برای استفاده خود share می‌کنند، سرعت اس‌اس‌دی وابسته به سرعت رم سیستم خواهد بود.

در کنترلرهای DRAMLESS از بخشی از حافظه موجود بر روی خود اس‌اس‌دی نیز به عنوان کش SLC استفاده می شود. دقیقا مشابه کاری که ویندوز با Page File بر روی حافظه ذخیره سازی می‌کند. بدین ترتیب بخشی از حافظه موجود در اس‌اس‌دی به عنوان کش در اختیار کنترلر است.

در چنین حافظه‌هایی با پر شدن حجم کش SLC، سرعت اس‌اس‌دی بشدت کاهش می‌یابد و عملیات انتقال دیتا فوق العاده کند می‌شود. از این رو، همیشه توصیه می‌کنیم، سراغ اس‌اس‌دی‌هایی بروید که مجهز به حافظه DRAM به عنوان کش باشند.

عوامل مهم در انتخاب SSD:

برای انتخاب یک حافظه اس‌اس‌دی خوب برای سیستم، اطلاع از مسائل فنی که در بررسی‌ها به آن اشاره می‌شود، کمک کننده است، اما توجه به خصوصیات فیزیکی گاهی مهمتر از مسائل فنی است.

تنوع اس‌اس‌دی‌های بسیار زیاد است. از این رو، برای خرید یک اس‌اس‌دی مناسب، علاوه بر توجه به قیمت آن، بایستی به انواع آن توجه کرد، تا بتوانید دقیقا موردی که مناسب سیستم شماست خریداری کنید.

در این بخش از مقاله به انواع اس‌اس‌دی، از نظر درگاه، رابط، پروتکل و فرم فاکتور می‌پردازیم که در بازار موجود است.

درگاه اتصال Connector

درگاه اتصال یا به اصطلاح کانکتور، شکل فیزیکی اتصال اس‌اس‌دی به مادربرد است که  می‌تواند اشکال گوناگون داشته باشد. کانکتور اس‌اس‌دی می‌تواند از نوع SATA، M.2، U.2، DIMM و یا PCI Express باشد.

درگاه SATA

درگاه SATA برای همگان آشناست و نیازی به توضیح آن نیست. اما به یاد داشته باشید که این درگاه کم کم قدیمی‌شده و تعداد آن نیز بر روی مادربرد‌های روز دنیا هر نسل کمتر می‌شود.

درگاه U.2 و DIMM

کانکتورهای U.2 و DIMM در حال حاضر فقط در بخش صنعتی و Enterprise مورد استفاده قرار می‌گیرند، و در ایران یافت نمی‌شوند. درگاه U.2 بر روی مادربردهای سرور و درگاه DIMM که مشابه اسلات رم است، بر روی سیستم‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به همین خاطر از توضیح آنها عبور می‌کنیم.

درگاه PCI Express

درگاه PCI Express یکی دیگر از کانکتور‌های آشنا برای کاربرها است. البته تعداد اس‌اس‌دی‌هایی که مستقیما به این درگاه متصل می‌شوند در بازار بسیار کم است.

البته یکسری مبدل درگاه M.2 به PCI Express در بازار داریم که به نوعی تبدیل درگاه M.2 به PCIe هستند و می‌تواند مورد استفاده کاربر قرار گیرد. اما اس‌اس‌دی که خودش به صورت مستقل به درگاه PCIe متصل شود، در مدلهای بسیار محدود و صرفا مصارف سروری دارند.

درگاه M.2

درگاه M.2 یا NGFF مخفف Next Generation Form Factor after mSATA است که در حالت حاضر متداول ترین درگاه استاندارد برای اتصال SSD به سیستم‌های کامپیوتر است.

درگاه اتصال M.2 هم می‌تواند رابط SATA داشته باشد و هم رابط PCIe و یا هر دو را به صورت همزمان با هم پشتیبانی کند. برای اطمینان از اینکه درگاه M.2 مادربرد و یا لپتاپ شما از چه نوع رابطهایی پشتیبانی می‌کند، می‌توانید به دفترچه آن مراجعه کنید.

سوکت مخصوص اتصال M.2 انواع مختلفی دارد که آنها را به نام کلید از A تا M متمایز می‌کنند. مهمترین نوع کانکتور M.2 برای اس‌اس‌دی‌ها، نوع کلید M و B است. نوع کلید M، می‌تواند به رابط PCIe X4 متصل شود، بنابراین امکان پشتیبانی از پروتکل NVMe را داراست.

در اس‌اس‌دی‌های مجهز به کانکتور M.2، که به رابط SATA مجهز هستند، همزمان دو نوع کلید B+M در درگاه آنها وجود دارد و به اصطلاح، دو شیار بر روی اس‌اس‌دی دیده می‌شود.

بنابراین باید برای اطمینان از سازگاری اس‌اس‌دی مورد نظر خود، به غیر از نوع کانکتور، به نوع ارتباط آن هم توجه کنید و دفترچه مادربرد را مطالعه کنید.

رابط Interface

به شکل ارتباطی که اس‌اس‌دی به وسیله آن به سیستم متصل می‌شود، رابط یا Interface می‌گویند. توجه داشته باشید رابط با درگاه اتصال متفاوت است. رابط قابل مشاهده نیست، بلکه توصیف منطقی ارتباط است و به اصطلاح به مسیر‌های ارتباطی داخلی سیستم اطلاق می‌شود.

برای مثال مسیر رابط SATA از درون چیپست مادربرد می‌گذرد. در صورتی که از اس‌اس‌دی مجهز به رابط SATA  استفاده کنید، آن را باید به درگاهی متصل کنید که به چیپست وصل باشد.

آخرین نسل از رابط ساتا، نسخه 3 است که حداکثر سرعت واقعی آن به 560 مگابایت در ثانیه می رسد.

رابط دیگر PCI Express است که هم از پردازنده منشعب می‌شود و هم از چیپست مادربرد. بنابراین شما 2 مسیر برای اتصال به وسیله رابط PCIe دارید که باید برای شناخت آن به دفترچه مادربرد مراجعه کنید.

اگر اس‌اس‌دی شما از رابط PCI Express استفاده می‌کند، می‌توانید آن را هم از طریق مسیر‌های منتهی به چیپست و هم از طریق مسیر‌های منتهی به پردازنده، به مادربرد متصل کنید.

رابط PCIe نسل‌های مختلفی دارد که به صورت Gen.3، Gen.4، و یا Gen.5 نمایش داده می‌شود. سرعت و توانایی هر نسل را می توانید در جدول فوق مشاهده کنید. همچنین این رابط تعداد مسیر مشخصی دارد که آن را به شکل x4، x8، و یا x16 نشان می‌دهند.

این اعداد به تعداد باند PCIe گفته می‌شوند که بیانگر پهنای باندی است که در اختیار اس‌اس‌دی قرار می‌گیرد.

پروتکل Protocol

پروتکل اس‌اس‌دی یک زبان نرم افزاری است که به وسیله آن اس‌اس‌دی با سیستم گفتگو می‌کند. در حقیقت پروتکل، چهارچوبی نرم افزاری است که SSD و مادربرد به وسیله ی آن با هم تبادل اطلاعات می‌کنند.

پروتکل AHCI

این پروتکل مخفف Advanced Host Controller Interface است و در زمان توسعه‌ هارد دیسک‌ها بیشترین کاربرد را داشت. با ورود اس‌اس‌دی‌ها، از طریق بهینه سازی‌ها در Firmware کنترلر‌های SATA، اس‌اس‌دی‌ها نیز توانستند از همین پروتکل مشترک با‌ هارد دیسک با سیستم به تبادل اطلاعات بپردازند.

هم اکنون کلیه SSD‌های مجهز به کانکتور SATA، از پروتکل AHCI استفاده می‌کنند. بعضی از مادربردها و لپتاپ‌های خیلی قدیمی‌فاقد پروتکل AHCI هستند و از حالت IDE استفاده میکنند که در این صورت اگر از اس‌اس‌دی استفاده کنید ممکن است به مرور زمان درایو شما کند و یا خراب شود.

پروتکل NVMe

این پروتکل مخفف Non-Volatile Memory Express است و منحصرا برای ذخیره سازهای اس‌اس‌دی ساخته شده و توسعه پیدا کرده است.

از جمله خصوصیات این پروتکل استفاده از رابط PCIe است. در حقیقت اس‌اس‌دی‌های مجهز به پروتکل NVMe همه از رابط PCIe استفاده می‌کنند.

برای NVMe نسخ گوناگونی منتشر شده است، نسخه اولیه آن 1.2 و آخرین آن نسخه 2.0 است که در سال 2021 برای حافظه‌های اس‌اس‌دی Gen.4 منتشر شده است.

توجه داشته باشید بعضی مواقع، اس‌اس‌دی‌ها را با نامهای متفاوتی صدا می‌زنند. گاهی نوع اتصال، نوع پروتکل، و رابط را با هم و یا به صورت جا به جا استفاده می‌کنند و این موضوع ممکن است کمی‌گیج کننده باشد.

فرم فاکتور

فرم فاکتور استاندارد ابعادی است که برای تمام قطعات، از جمله اس‌اس‌دی‌ها نیز وجود دارد. فرم فاکتور اس‌اس‌دی انواع مختلفی دارد

2.5 اینچ

این فرم فاکتور برای اس‌ای‌دی‌های SATA مورد استفاده قرار می‌گیرد. ابعاد این استاندارد مشخص است و ضخامت اس‌اس‌دی بین 7 تا 9 میلیمتر است.

اس‌اس‌دی‌های U.2 کلاس سروری هم از همین فرم فاکتور استفاده می‌کنند، اما ضخیم تر هستند.

HHHL

اس‌اس‌دی‌های مجهز به درگاه PCI Express معمولا فرم فاکتور HHHL دارند که مخفف Half Height Half Length  است.

این نوع از اس‌اس‌دی‌ها ارتفاع بسیار کوتاهی دارند و به صورت کارت توسعه مشابه کارت گرافیک بر روی اسلات‌های PCI Express نصب می‌شوند.

2280

در بخش آخر به سراغ سایز بندی اس‌اس‌دی‌های M.2 می‌رویم که متداول ترین فرم فاکتور آن 2280 است. دو عدد اول یعنی 22 بیانگر عرض و دو عدد دوم یعنی 80 بیانگر طول حافظه اس‌اس‌دی به میلیمتر است.

در کلاس کاربری فرم فاکتور 2280 در حال حاضر پر استفاده ترین سایز اس‌اس‌دی در دنیا است.

البته فرم فاکتور 2230 هم در سطح کاربری در کنسول‌های همراه مانند ROG Ally و Steam Deck مورد استفاده قرار گرفته است و اس‌اس‌دی با طول 3 سانتیمتر مخصوص این فرم فاکتور نیز در بازار ایران یافت می‌شود.

سه سایز دیگر 2242، 2260، و 22110 هنوز در ایران و بازارهای جهانی فراگیر نشده اند، اما انتظار می‌رود در آینده نچندان دور که شاهد عرضه حافظه‌های اس‌اس‌دی حجیمتر خواهیم بود، فرم فاکتور 22110 نیز کم کم فراگیر شود.

در پایان، امیدواریم این مطلب ضمن افزایش آگاهی شما مخاطبان عزیز، در یافتن حافظه SSD مناسب سیستم به شما کمک کند.